基于液晶光阀的防致盲非制冷红外热成像仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于红外热成像领域，具体涉及一种基于液晶光阀的防致盲非制冷红外热 成像仪。
【背景技术】
[0002] 红外热成像技术是当今世界各国高技术领域发展的热点，不管是在军用还是在民 用方面，红外热成像技术都发挥着其至关重要的作用。红外热成像技术的核心技术是探测 器技术，按照工作温度可分为制冷型和非制冷型。非制冷红外热成像仪相比制冷型红外热 成像仪而言，在研制和生产上具有成本低、体积小、功耗低、可靠性高、操作方便等优点，所 以近年来发展很迅速。由于非制冷红外热成像仪的自身优势，使得其极具市场竞争力，特别 适合性价比要求高的中低端军事领域和厂矿企业的应用。非制冷红外热成像仪的核心组件 是非制冷红外焦平面阵列，是把微弱的红外辐射转化成可识别电信号的热探测器。非制冷 红外热成像仪都采用凝视型焦平面阵列，主要分为两种，一种是铁电-热电型探测器，主要 材料有锆钛酸铅，另一种是电阻型微测辐射热计，敏感元是热敏电阻，主要材料有氧化钒和 非晶硅。后者比前者的灵敏度高很多，并保持上升势头。微测辐射热计的工作原理是温度 的变化引起材料电阻的变化，目前使用最广泛的材料是氧化钒（VO x)。在使用中我们发现 VOx探测器工作时有个很严重的缺陷，当探测器直视强光一段时间后，例如瞄准太阳一段时 间后，移动探测器，我们将在显示屏上发现太阳的影像依然存在，继续移动探测器，会产生 很明显的拖尾现象，并且这种现象会持续一段时间。我们把这种现象称为致盲现象。强光 的直射破坏了焦平面阵列的像元，一段时间后，探测器又恢复正常。因此VO x探测器应避免 强光直射。但是有些情况下我们又无法避免强光直射，比如在太空中探测的非制冷红外热 成像仪，随着卫星的运转，探测器总会在某一时刻直射太阳，而造成致盲，影响成像效果，造 成数据判断出错。所以我们有必要采取措施来防止致盲现象的产生。
[0003] 为了防止致盲现象的产生，主要有三类方法：
[0004] (1)纯软件的方法，比如编写程序去除致盲产生的影像以及拖尾，相当于一种去噪 方法，但是此方法不可以避免致盲现象的产生，而是在后期图像处理上做了些优化，事实上 探测器已经被损坏，所以这种方法治标不治本，并不可行。
[0005] (2)纯光学的方法，比如采用镀膜技术来滤去光照较强的部分，此方法可以将强光 衰减为探测器能够接受的光，但是镀膜一经完成，对红外辐射的衰减程度也随之确定，红外 辐射本来就是十分微弱的，这将影响最终的成像质量，并且这种衰减程度是无法自动调整 的。
[0006] (3)电子学与光学相结合的方法，例如在非制冷红外探测器前加一个独特的装置， 该装置能够随外界光强自动调整透射率，当外界光强过大时将透射率降到最低，几乎不透 过光线；当外界光强正常时将透射率恢复，正常透射红外辐射。该方法可以有效地防止致盲 现象的产生。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于液晶光阀的防致盲非制冷红外热成像仪，解决移 动探测时发生致盲现象的问题。
[0008] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于液晶光阀的防致盲非制冷红外热成 像仪，包括光学镜头、液晶光阀、红外焦平面探测器、驱动电路、A/D转换电路、信号处理电 路、图像输出电路、D/A转换电路、电源电路和压控震荡器；电源电路分别与驱动电路、A/D 转换电路、信号处理电路、图像输出电路、D/A转换电路和压控震荡器连接，并向上述部件供 电；信号处理电路分别与驱动电路、A/D转换电路、图像输出电路和D/A转换电路连接，D/ A转换电路与压控震荡器连接，液晶光阀固定在红外焦平面探测器的靶面上，光学镜头设置 在液晶光阀前端，驱动电路和A/D转换电路分别与红外焦平面探测器连接，位于光学镜头 前方的目标景物发出的红外辐射经大气传输后到达光学镜头，光学镜头把红外辐射会聚到 液晶光阀上，液晶光阀判断光照强度实现对红外辐射的关断，红外辐射通过液晶光阀会聚 到红外探测器上，红外焦平面探测器对红外辐射产生响应，将其转化成能够被红外电子学 组件识别的电信号；驱动电路为红外焦平面探测器提供数字信号和模拟电压的驱动信号； A/D转换电路将模拟视频信号进行数模转换，以送入信号处理电路进行信号处理；信号处 理电路对数字图像进行处理并产生各电路所需的控制信号；图像输出电路将处理后的图像 信号输出显示；D/A转换电路将数字的控制信号转换成模拟信号控制压控震荡器；压控振 荡器，用于产生交变电压控制液晶光阀透光率。
[0009] 上述液晶光阀的起偏器和检偏器的透光轴方向相同，且到达检偏器的偏振光与检 偏器的透光轴成90°夹角；液晶光阀采用扭曲向列型，即TN型，液晶分子的扭曲角为90°， 液晶分子为η型液晶分子。
[0010] 上述信号处理电路包括依次连接的探测器驱动模块、PID控制模块、盲元补偿模 块、非均匀性校正模块、图像去噪模块、直方图均衡模块、DDE模块、伪彩色增强模块和显示 模块；探测器驱动模块分别与驱动电路和A/D转换电路连接，显示模块与图形输出电路连 接，PID控制模块与D/A转换电路连接，其中探测器驱动模块为驱动电路提供驱动时序信 号，并将数字图像信号转换为标准格式输出到PID控制模块;PID控制模块根据每个像素的 灰度值确定控制量，并将控制量输出给D/A转换电路，并将标准格式图像数据传输到盲元 补偿模块；盲元补偿模块检测查找出探测器上响应不正常的像元点，并利用附近的像元点 进行替换，将替换后的图像数据输入非均匀性校正模块；非均匀性校正模块采用传统的两 点式校正方法，在红外热成像系统的传输线路中插入一温度可控的均匀辐射的黑体，利用 各探测单元对两个不同辐照度下均匀黑体辐射的响应计算出校正参数，从而实现非均匀性 校正，并将处理后的图像数据输入图像去噪模块；图像去噪模块采用中值滤波算法降低红 外图像中引入的各种噪声，平滑图像，同时有效保护图像的边缘细节能量，并将处理后的图 像数据输入直方图均衡模块；直方图均衡模块用于改变图像中灰度概率分布，使其均匀化， 并将其处理后的图像数据输入DDE模块；DDE模块使图像细节部分即高频能量得到增强，并 且与原始图像背景的总动态范围相适应，并将处理后的图像数据输入伪彩色增强模块；伪 彩色增强模块利用像素点的原始灰度值的强度值查找其在彩色显示时对应的RGB三个通 道的颜色分量强度值，生成该点所对应的三基色伪彩色后，输入显示模块；显示模块将标准 格式的图像数据根据需要产生符合VGA格式或PAL制格式的时序，并将时序连同图像数据 一起输出给图像输出电路。
[0011] 本发明与现有技术相比，其显著优点：（1)本发明仅需要在红外探测器表面添置 一个液晶光阀装置，并且通过压控震荡器调节液晶光阀的透过率，操作简便，成本较低，可 行性高；（2)本发明可以连续控制液晶光阀的透过率，并且根据入射光照强度而自动调节 液晶光阀的透过率，使得通过液晶光阀的光照强度趋近于设定值；（3)本发明中液晶光阀 对于波长小于300nm的光线透过率几乎为零，而对于波长在300nm~800nm的可见光部 分的透光率处于恒定值，当波长大